DE102009038587A1

DE102009038587A1 - Hermetische optische Verbindung

Info

Publication number: DE102009038587A1
Application number: DE102009038587A
Authority: DE
Inventors: Thomas J. Walsh Iii; Scott A. Woodstock Raszka
Original assignee: Schott North America Inc
Current assignee: Schott North America Inc
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2010-04-15
Also published as: FR2936322A1; US20100092142A1

Abstract

Eine Lichttransmissionsanordnung umfasst eine hermetische optische Verbindung mit einem Gehäuse mit einer Gehäuseseitenwand, die sich zwischen entgegengesetzten Gehäuseenden, einem ersten und einem zweiten, erstreckt. Das Gehäuse ist zur abdichtbaren Befestigung in einem Loch einer Trennwand konfiguriert, das durch eine Trennwand hindurchreicht, die Bereiche mit relativ niedrigem und relativ hohem Flüssigkeitsdruck trennt, und weist eine Innenseite auf, die ein Gehäuseloch definiert, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Gehäuses und durch dieses hindurch erstreckt. In dem Gehäuseloch ist abdichtbar ein lichtdurchlässiges, starres, optisches Bauteil befestigt, das entgegengesetzte Optikbauteilflächen, eine erste und eine zweite, sowie eine Optikbauteilseitenwand, die sich zwischen den Optikbauteilflächen erstreckt, aufweist. Die Anordnung umfasst ferner zumindest einen ersten flexiblen Lichtleiter mit entgegengesetzten Lichtleiterflächen, einer ersten und einer zweiten, durch welche Licht in den ersten flexiblen Lichtleiter eintreten und aus diesem austreten kann. Die erste Lichtleiterfläche des ersten Lichtleiters wird in optischer Ausrichtung mit der ersten Optikbauteilfläche gehalten.

Description

HINTERGRUND
Flexible optische Elemente wie beispielsweise einzelne optische Fasern und längliche inkohärente Faseroptikbündel werden weit verbreitet genutzt, um Lichtsignale zwischen einem ersten und einem zweiten Ort zu übertragen. Flexible faseroptische Bündel werden bereits in Flüssigkeitsstand-Überwachungssystemen angewendet, darunter in Systemen, bei denen die Flüssigkeit sehr hohem Druck ausgesetzt ist wie z. B. in hydraulischen Bremssystemen in Flugzeugen und anderen Fahrzeugen. In solchen Systemen wird eine Flüssigkeit in einem Gehäuse oder einer Kammer gehalten, die durch zumindest eine Kammerwand bestimmt wird, die eine Außenumgebung mit atmosphärischem oder anderweitig relativ niedrigem Druck von einem inneren Hockdruckbereich trennt, in dem Drücke erzeugt werden, die deutlich über denen der Außenumgebung liegen.
Um Flüssigkeitspegel zu überwachen, wird eine erste und eine zweite faseroptische Leitung abdichtbar durch ein Loch in einer Kammerwand durchgeführt, um die Übermittlung von Lichtsignalen zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Kammer zu ermöglichen. Beispielsweise stellt die erste Leitung eine Lichteingangsleitung dar, durch welche Licht, das von einer Lichtquelle außerhalb der Kammer emittiert wird und in ein Lichtaufnahmeende. der ersten Leitung eingespeist wird, übertragen wird, um über ein Lichtausgangsende, das an einer vorgegebenen Stelle innerhalb der Flüssigkeitskammer gehalten wird, abgestrahlt zu werden. Die zweite Leitung weist ein Lichterfassungsende auf, das im Inneren der Fluidkammer angeordnet ist und das optisch mit dem Lichtausgangsende der ersten Leistung ausgerichtet ist. Das Licht, das über das Lichtausgangsende der ersten Leitung emittiert wird, wird über das Lichterfassungsende der zweiten Leitung erfasst und wird über die zweite Leitung zu einem Lichtabstrahlende der zweiten Leitung übertragen. Das Licht, das von dem Lichtabstrahlende emittiert wird, wird von einem Lichtdetektor erfasst, der optisch mit dem Lichtabstrahlende ausgerichtet ist.
Die vorgegebene Stelle, an der sich das Lichtausgangsende befindet, entspricht einem vorgegebenen Flüssigkeitspegel in der Kammer. Spezieller gesagt wird, wenn der Flüssigkeitspegel in der Kammer unterhalb des Lichtaustrittsendes bzw. des Lichterfassungsendes der ersten bzw. zweiten Leitung liegt, Licht, das von dem Lichtausgangsende der ersten Leitung emittiert wird, einfach durch das Lichterfassungsende der zweiten Leitung erfasst und wird zur Detektion an den Lichtdetektor übertragen. Wenn jedoch zumindest entweder das Lichtausgangsende oder das Lichterfassungsende in die Flüssigkeit eingetaucht ist, deren Pegel überwacht wird, so ist die Lichtübertragung zu dem Detektor durch das Vorhandensein der Flüssigkeit zwischen dem Lichtausgangs- und dem Lichterfassungsende zumindest vermindert, wenn nicht gar vollständig behindert. Der Detektor ist derart konfiguriert, dass er zumindest dann, wenn die Lichtübertragung nicht durch Flüssigkeit behindert wird, ein vorgegebenes Ausgangssignal erzeugt, wodurch ein ”niedriger Flüssigkeitspegel” angezeigt wird. Bei einigen alternativen Flüssigkeitspegel-Überwachungssystemen ist das Lichtausgangsende der ersten Leitung wahlweise über ein optisch refraktives Element wie beispielsweise ein Prisma, als ein nicht einschränkendes Beispiel, mit dem Lichterfassungsende der zweiten Leitung ”optisch gekoppelt”. Die Höhenlage des refraktiven Elements in der Flüssigkeitskammer entspricht einem gewünschten Flüssigkeitspegel, so dass, wenn die Flüssigkeit, deren Pegel erfasst werden soll, nicht ausreichend hoch steht, um mit dem refraktiven Element in Berührung zu kommen, Licht, das von dem Lichtausgangsende der ersten Leitung emittiert wird, in das Prisma eintritt und an zumindest einer Fläche in diesem reflektiert wird, in das Lichterfassungsende der zweiten Leitung hinein. Wenn das refraktive Element (z. B. Prisma) jedoch zumindest teilweise in der Flüssigkeit eingetaucht ist, deren Pegel überwacht werden soll, so ist das Verhältnis der Brechungsindizes des refraktiven Elements und der Flüssigkeit in solcher Weise vorgesehen, dass das Licht durch das Prisma hindurch und in die Flüssigkeit geleitet wird, wodurch es zu einer Unterbrechung der Lichterfassung durch das Lichterfassungsende der zweiten Leitung und zu einem unterbrochenen Signal an dem Detektor kommt.
Bei bisherigen Flüssigkeitspegel-Überwachungssystemen wie den vorstehend beschriebenen, bei denen optische Barrieren und/oder refraktive Elemente genutzt werden, kommen durchgängige optische Leitungen zur Anwendung, die in mechanischen Umhüllungen eingeschlossen sind, welche aus solchen Materialien wie Kunststoff, und spezieller aus Polymethyl-Methacrylat (PPMA) hergestellt sind. Neben anderen Nachteilen wird durch Fehler bei der Verbindung zwischen der/den optischen Faser(n) und der äußeren Umhüllung sowie zwischen den Außenseiten der durchgängigen Leitungen und dem Teil der Kammerwand, in der das Loch ausgebildet ist, durch welches diese hindurchgeführt werden, der hermetische Abschluss der optischen Verbindung beeinträchtigt, was zu einem Lecken von Flüssigkeit aus der Kammer nach außen führt.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer zuverlässigeren hermetischen optischen Verbindung durch eine Trennwand hindurch, die Bereiche mit relativ hohem und niedrigem Flüssigkeitsdruck trennt.
ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend einer ersten beispielhaften Gruppe von Ausführungsformen umfasst eine partiell flexible Lichttransmissionsanordnung eine hermetische optische Verbindung zur Anwendung durch eine Trennwand hindurchreichend, die einen ersten Bereich mit relativ niedrigem Flüssigkeitsdruck von einem zweiten Bereich mit relativ hohem Flüssigkeitsdruck trennt. Ausgewählte Ausführungsformen sind z. B. derart konfiguriert, dass sie einen flüssigkeitsdichten optischen Kanal durch die Trennwand hindurch bilden, die ein Gehäuse bestimmt, welches eine hydraulische Flüssigkeit unter hohem Druck enthält, das in einer Umgebung mit einem Druck im typischen Luftdruckbereich angeordnet ist. Eine beispielhafte hermetische optische Verbindung umfasst ein Gehäuse, das im Hinblick auf eine abdichtbare Anordnung in einem Loch einer Trennwand konfiguriert ist, das sich zwischen den Bereichen mit relativ niedrigem und relativ hohem Flüssigkeitsdruck erstreckt. Das Gehäuse weist gegenüberliegende Gehäuseenden, ein erstes und ein zweites, und mindestens eine Gehäuseseitenwand auf, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende erstreckt. Die mindestens eine Gehäuseseitenwand weist eine Außenseite und eine Innenseite auf, die ein Loch in dem Gehäuse definieren, dass sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Gehäuses und durch dieses hindurch erstreckt. In verschiedenen Ausführungsformen besteht das Gehäuse nicht aus Glas sondern aus einem Material wie beispielsweise Metall oder Keramik, als nicht einschränkendes Beispiel.
Bei allen verschiedenen Ausführungsformen umfasst die hermetische optische Verbindung ferner ein lichtdurchlässiges, starres optisches Bauteil, das ein erstes Optikbauteilende mit einer ersten Optikbauteilfläche und ein zweites Optikbauteilende entgegengesetzt dem ersten Optikbauteilende mit einer zweiten Optikbauteilfläche entgegengesetzt der ersten Optikbauteilfläche aufweist. Außerdem erstreckt sich eine Optikbauteilseitenwand zwischen den Optikbauteilflächen. Bei einer typischen Ausführungsform ist das starre optische Bauteil zwischen den Optikbauteilflächen länglich, so dass sich die Flächen in Längsrichtung gegenüberliegen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das starre optische Bauteil einen Kern, der einen ersten Brechungsindex aufweist, und einen um den Kern herum angeordneten Mantel, der einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher kleiner als der erste Brechungsindex ist, so dass Licht, das entweder durch die erste oder die zweite Fläche hindurch eintritt, sich durch innere Reflexion zwischen den entgegengesetzten Flächen des Optikbauteils ausbreiten kann und an jener Fläche austreten kann, die der Fläche gegenüberliegt, durch welche es eingetreten ist. Bei alternativen Ausführungsformen stellt das starre optische Bauteil eine nicht ummantelte Masse aus lichtdurchlässigem Material dar. Wenngleich das starre optische Bauteil in einer typischen Ausführungsform durch eine einzige zylindrische Seitenwand definiert wird, sind zudem im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert wird, auch starre optische Bauteile mit alternativen Querschnittsgeometrien möglich. Alternative Querschnittsgeometrien sind beispielsweise eine dreieckige, rechteckige (einschließlich quadratische), fünfeckige, sechseckige und achteckige Geometrie, als nicht einschränkende Beispiele.
Eine beispielhafte Lichttransmissionsanordnung umfasst ferner einen flexiblen Lichtleiter mit entgegengesetzten Lichtleiterenden, einem ersten und einem zweiten, sowie eine LichtleiterAußenseite, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiterende erstreckt. Bei einer typischen Ausführungsform ist der flexible Lichtleiter in solcher Weise konfiguriert, dass Licht, das in eines der Lichtleiterenden, das erste oder das zweite, eintritt, sich durch innere Reflexion durch den Lichtleiter hindurch ausbreitet, um über das andere der Lichtleiterenden, das erste oder das zweite, emittiert zu werden. Dementsprechend umfasst der flexible Lichtleiter zumindest einen optischen Kern mit einem Kernbrechungsindex sowie einen Mantel mit einem Mantelbrechungsindex, der kleiner als der Brechungsindex des Kerns ist. Typischerweise umfasst der flexible Lichtleiter eine einzige ”makroskopische” optische Faser (z. B. in der Größenordnung von 1 mm oder mehr im Durchmesser), die aus einem solchen Material wie Kunststoff besteht. Bei alternativen Ausführungsformen könnte der flexible Lichtleiter jedoch auch ein Bündel aus mehreren optischen Fasern umfassen, die nebeneinander angeordnet sind, zur inkohärenten Transmission von Beleuchtungslicht zwischen den Lichtleiterenden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das starre optische Bauteil, zumindest teilweise, in das Gehäuse eingefügt, so dass sich zumindest eine der Optikbauteilflächen, die erste oder die zweite, und zumindest ein Teil der sich von diesem aus erstreckenden Länge der Optikbauteilseitenwand in dem Loch des Gehäuses befinden. Darüber hinaus ist eines der Lichtleiterenden, das erste oder das zweite, in solcher Weise in das Gehäuseloch eingefügt, dass das eingefügte Lichtleiterende in dem Loch optisch mit der einen Optikbauteilfläche, der ersten oder zweiten, ausgerichtet ist. Die Optikbauteilfläche und das Lichtleiterende, die optisch zueinander ausgerichtet sind, werden in fester Lage zueinander und in Bezug auf das Gehäuse in dem Loch des Gehäuses gehalten, und zwar zumindest teilweise durch ein Bindemittel, das sich entlang zumindest eines Abschnittes der Seitenwand des optischen Bauteils und, in einigen Fällen, eines Teils der Außenseite des Lichtleiters, erstreckt. Das Bindemittel umgibt die Seitenwand des optischen Bauteils hinreichend, um ein Strömen von Flüssigkeit durch das Gehäuse hindurch zwischen den Bereichen mit relativ niedrigem und relativ hohem Druck zu verhindern. Das Bindemittel kann eine von mehreren Substanzen umfassen, als nicht einschränkende Beispiele seien zumindest Glasmasse, geschmolzenes Glas, Polymermaterial und Epoxidharz genannt. Wenn Glasmasse genutzt wird, so kann diese in einem pastenartigen Zustand aufgebracht werden oder kann als eine starre, hülsenartige Vorform eingefügt werden, die danach erwärmt wird, so dass sie um die Seitenwand des optischen Bauteils herum und gegen die Innenseite des Gehäuses schmilzt. Darüber hinaus werden bei einer typischen Ausführungsform die Optikbauteilfläche und das Lichtleiterende, die optisch zueinander ausgerichtet sind, in mechanischem Kontakt zueinander gehalten, so dass die optische Verbindung zwischen diesen und, bei verschiedenen Versionen, die strukturelle Integrität, maximal ist. Da jedoch in den Ansprüchen keine Beschränkungen hinsichtlich des Gegenteils genannt sind, versteht es sich, dass Ausführungsformen, bei welchen sich die Optikbauteilfläche und das Lichtleiterende, die optisch zueinander ausgerichtet sind, physisch nicht berühren, ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert wird, liegen und in Betracht kommen. Bei Ausführungsformen letzterer Art kann das lichtdurchlässige Bindemittel (z. B. optisches Epoxidharz) genutzt werden, um die Unterbrechung der Lichttransmission zwischen der Optikbauteilfläche und dem Lichtleiterende zu minimieren.
Um das Einbringen von verflüssigten und/oder pastenartigen Bindemitteln zwischen der Innenseite des Gehäuses und der umfänglichen Seitenwand des optischen Bauteils zu ermöglichen, sind das Gehäuseloch und das starre optische Bauteil bei allen verschiedenen alternativen Ausführungsformen in solcher Weise konfiguriert und relativ zueinander angeordnet, dass das starre optische Bauteil auf zumindest einem Teil der Länge der Seitenwand des optischen Bauteils von einer umfänglichen Aussparung oder einem Hohlraum umschlossen ist. Bei einer Ausführungsform mit einer umfänglichen Aussparung, die um einen Teil der Länge des starren optischen Bauteils herum angeordnet ist, ist durch die Gehäuseseitenwand hindurch zumindest ein Kanal ausgebildet, der von der umfänglichen Aussparung zur Außenseite des Gehäuses führt und durch welchen während der Herstellung der Lichttransmissionsanordnung Bindemittel in einem verflüssigten oder pastenartigen Zustand eingebracht wird, um die Aussparung zu füllen. Entsprechend alternativer Herstellungsverfahren wird das Gehäuse in vertikaler Ausrichtung gehalten, wobei das starre optische Bauteil in diesem vorzentriert ist, und zwischen das Gehäuse und das starre optische Bauteil wird ein Bindemittel eingebracht und aushärten gelassen.
Bei einigen Ausführungsformen befinden sich beide Optikbauteilflächen, die erste und die zweite, innerhalb des Gehäuses und sind optisch mit einem Lichtleiterende eines flexiblen Lichtleiters ausgerichtet. Zum Beispiel ist die erste Optikbauteilfläche optisch mit einem Lichtleiterende eines ersten Lichtleiters gekoppelt, der sich von dem Gehäuse aus nach einer Seite der Trennplatte erstreckt, und die zweite Optikbauteilfläche ist optisch mit einem Lichtleiterende eines zweiten Lichtleiters gekoppelt, der sich von dem Gehäuse aus zu der entgegengesetzten Seite der Trennplatte erstreckt, zu der sich der erste Lichtleiter hin erstreckt.
Repräsentative, nicht einschränkende Ausführungsformen werden eingehender in der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen beschrieben und dargestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine längliche, teilweise flexible Lichttransmissionsanordnung dar, die eine hermetische optische Verbindung umfasst, die durch eine Trennplatte hindurchfährt, welche einen ersten Bereich mit relativ niedrigem Flüssigkeitsdruck von einem zweiten Bereich mit relativ hohem Flüssigkeitsdruck trennt; und die
2A, 2B und 2C zeigen aufeinanderfolgende Schritte beim Einfügen und Verbinden einer Verbindungshülse zwischen der Innenseite eines Gehäuses, die ein Loch definiert, und einem starren optischen Bauteil, um eine hermetische optische Verbindung auszubilden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen einer hermetischen optischen Verbindung ist ihrem Wesen nach beispielhaft, und daher ist nicht beabsichtigt, mit dieser den Schutzumfang der Erfindung oder ihrer Einsatzanwendungen einzuschränken. In den verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, entsprechen gleiche Bezugszeichen ähnlichen oder analogen Bestandteilen.
Nehmen wir auf 1 Bezug, so ist eine beispielhafte Lichttransmissionsanordnung 10, die eine hermetische optische Verbindung 20 umfasst, in einem Loch 310 einer Trennwand angeordnet, dass sich durch eine Trennwand 300 hindurch erstreckt, die einen ersten Bereich R_1LP mit relativ niedrigem Flüssigkeitsdruck von einem zweiten Bereich R_2HP mit relativ hohem Flüssigkeitsdruck trennt. Die hermetische optische Verbindung 20 umfasst ein Gehäuse 30 mit entgegengesetzten Gehäuseenden 32 und 34, einem ersten und einem zweiten, und mit zumindest einer Gehäuseseitenwand 36, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende 32 und 34 erstreckt. Die mindestens eine Gehäuseseitenwand 36 weist eine Außenseite 36e und eine Innenseite 36i auf, welche ein Loch 40 in dem Gehäuse bestimmt, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 32 und 34 des Gehäuses 30 und durch dieses hindurch erstreckt. Die spezielle Art und Weise, in welcher das Gehäuse 30 in dem Loch 310 der Trennwand abdichtbar befestigt wird, ist für die Erfindung nicht von zentraler Bedeutung. Veranschaulichende Beispiele dafür, wie das Gehäuse 30 in dem Loch 310 der Trennwand befestigt werden könnte, umfassen jedoch die Nutzung einer oder mehrerer der folgenden Möglichkeiten: (i) ein fließfähiges Bindemittel wie beispielsweise Epoxidharz, (ii) Schweißen, (iii) Gewindebefestigungsmittel und (iv) Presspassstücke.
Die hermetische optische Verbindung 20 umfasst ferner ein lichtdurchlässiges, starres, optisches Bauteil 50, das ein erstes Optikbauteilende 52 mit einer ersten Optikbauteilfläche 52f und ein zweites Optikbauteilende 54 mit einer zweiten Optikbauteilfläche 54f entgegengesetzt der ersten Optikbauteilfläche 52f aufweist. Außerdem erstreckt sich eine Optikbauteilseitenwand 56 zwischen den Optikbauteilflächen 52f und 54f. In dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel aus 1 umfasst das starre optische Bauteil 50 einen Kern 60, der einen ersten Brechungsindex n₁ aufweist, sowie einen Mantel 62, der um den Kern 60 herum angeordnet ist und einen zweiten Brechungsindex n₂ aufweist, der vom Betrag her kleiner als der erste Brechungsindex n₁ ist, so dass Licht, das entweder an der ersten oder der zweiten Fläche 52f oder 54f eintritt, sich durch innere Reflexion durch den Kern 60 hindurch ausbreiten kann und an der Fläche 52f oder 54f austritt, die der Fläche 52f oder 54f entgegengesetzt ist, durch welche es eingetreten ist. Bei dem in 1 dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel wird das optische Bauteil 50 durch eine zylindrische Seitenwand 56 definiert; wie jedoch in der Zusammenfassung erläutert wurde, fallen auch starre optische Bauteile 50 mit anderen Konfigurationen in den Schutzumfang und kommen für die Erfindung in Betracht.
Nehmen wir weiterhin auf 1 Bezug, so umfasst die Lichttransmissionsanordnung 10 ferner einen ersten und einen zweiten flexiblen Lichtleiter 100 und 200. Der erste Lichtleiter 100 ist im ersten Bereich R_1LP mit relativ niedrigem Flüssigkeitsdruck angeordnet und weist ein erstes und ein zweites Lichtleiterende 110 bzw. 120 mit einer ersten bzw. zweiten Lichtleiterfläche 112 und 122 auf, durch welche hindurch Licht in den ersten flexiblen Lichtleiter 100 eintreten und, alternativ, aus diesem austreten kann. Ein erster Leiterkern 130 mit einem ersten Kernbrechungsindex n_KERN1 erstreckt sich zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiterende 110 und 120. Der erste Leiterkern 130 ist von einem ersten Leitermantel 140 umschlossen, der einen ersten Mantelbrechungsindex n_MANTEL1 aufweist, dessen Betrag kleiner als der des ersten Kernbrechungsindex n_KERN1 ist, so dass Licht, das entweder an der ersten oder der zweiten Lichtleiterfläche 112 oder 122 eintritt, intern durch den Lichtleiter 100 hindurch reflektiert wird, um über die entgegengesetzte Lichtleiterfläche, die erste oder die zweite Lichtleiterfläche 112 oder 122 abgestrahlt zu werden. Der erste Leitermantel 140 weist eine Außenseite 142 auf, die im Falle des veranschaulichenden Ausführungsbeispiels aus 1 eine Lichtleiteraußenseite 125 darstellt, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiterende 110 und 120 des ersten Lichtleiters 100 erstreckt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist der erste Leitermantel 140 seinerseits durch eine flexible Schutzumhüllung (nicht gezeigt) ummantelt, so dass die Außenseite 125 des Lichtleiters und die Außenseite 142 des ersten Leitermantels 140 nicht miteinander identisch sind.
Weiterhin auf die beispielhafte Ausführungsform aus 1 Bezug nehmend, ist das gesamte starre optische Bauteil 50 innerhalb des Lochs 40 des Gehäuses angeordnet, so dass die erste Optikbauteilfläche 52f in Bezug auf das erste Gehäuseende 32 vertieft ist und die zweite Optikbauteilfläche 54f in Bezug auf das zweite Gehäuseende 34 vertieft ist. Der erste flexible Lichtleiter 100 erstreckt sich durch das erste Gehäuseende 32 hindurch, so dass (i) sich das erste Lichtleiterende 110 in dem Loch 40 des Gehäuses befindet, (ii) die erste Lichtleiterfläche 112 optisch mit der ersten Optikbauteilfläche 52f ausgerichtet ist und (iii) sich das zweite Lichtleiterende 120 außerhalb des Gehäuses 30 befindet. Die erste Optikbauteilfläche 52f und das erste Lichtleiterende 110, die optisch zueinander ausgerichtet sind, werden in dem Loch 40 des Gehäuses in fester Lage in Bezug aufeinander und auf das Gehäuse 30 gehalten und können wie bei dem veranschaulichenden Beispiel aus 1 in mechanischem Kontakt zueinander gehalten werden.
Zumindest ein Teil der Länge der Optikbauteilseitenwand 56 ist hinreichend von einem Bindemittel 70 umgeben, um ein Ausströmen von Flüssigkeit (nicht gezeigt) durch das Loch 40 des Gehäuses hindurch und das Ausstoßen des starren optischen Bauteils 50 aus dem Loch 40 des Gehäuses in den ersten Bereich R_1LP mit relativ niedrigem Flüssigkeitsdruck hinein, und zwar durch die unter hohem Druck stehende (nicht gezeigte) Flüssigkeit in dem zweiten Bereich R_2HP, zu verhindern. Wenngleich das Bindemittel 70, wie in der Zusammenfassung beschrieben, eine beliebige von verschiedenen Substanzen sein kann, die zwischen die Optikbauteilseitenwand 56 und die Gehäusewand-Innenseite 36i eingebracht wird, um die diese miteinander zu verbinden, so wird jedenfalls das Bindemittel 70, das in 1 in einem ”ausgehärteten Zustand” gezeigt ist, aus einer zuvor ”fließfähigen” Substanz abgeleitet (z. B. flüssig, Gel oder Paste) wie etwa, als nicht einschränkendes Beispiel, einer Substanz, die zumindest entweder (i) Epoxidharz, (ii) ein Polymermaterial, (iii) Glasmasse oder (iv) geschmolzenes Glas umfasst.
Zu dem Zweck, ein fließfähiges Bindemittel 70 umfänglich um zumindest einen Teil der Optikbauteilseitenwand 56 herum einzubringen, sind die Innenseite 36i der Gehäuseseitenwand 36 und die Optikbauteilseitenwand 56 derart konfiguriert und relativ zueinander angeordnet, dass das starre optische Bauteil 50 von zumindest einer peripheren Ausnehmung oder einem Hohlraum 42 umgeben ist. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 1 sind in der Gehäuseseiten wand 36 ein erster und ein zweiter Zugang 44A und 44B ausgebildet, wodurch jeder Hohlraum 42 in flüssigkeitsdurchlässiger Verbindung mit der Außenumgebung des Gehäuses 30 steht. Wenngleich dies für das Einbringen des fließfähigen Bindemittels 70 nicht wesentlich ist, dient das Integrieren des ersten und zweiten Kanals 44A und 44B folgenden Zwecken: (i) Ermöglichen einer erkennbaren (z. B. sichtbaren) Angabe dafür, wann der Hohlraum 42 mit Bindemittel 70 gefüllt ist, und (ii) Ermöglichen, dass Gase (z. B. Luft), die durch das Bindemittel 70 aus dem Hohlraum 42 verdrängt werden, entweichen können, um dadurch Gasblasen in dem Hohlraum 42 zu reduzieren und idealerweise zu eliminieren.
Wenngleich bei einigen Ausführungsbeispielen der hermetischen optischen Verbindung 20 wie den gerade beschriebenen ein fließfähiges Bindemittel 70 in zumindest einen Hohlraum 42, der zwischen dem starren optischen Bauteil 50 und dem Gehäuse 30 ausgebildet ist, ”fließfähig eingebracht wird”, um diese miteinander zu verbinden, soll mit zwischenzeitlicher Bezugnahme auf die 2A bis 2C auch ein alternatives Verfahren der Befestigung erörtert werden. Nehmen wir zunächst auf die 2A und 2B Bezug, so wird zwischen der Seitenwand 56 eines starren optischen Bauteils 50 und der Innenseite 36i einer Gehäusewand eines Gehäuses 30 eine Verbindungshülse 72 angeordnet. Die Verbindungshülse 72 besteht aus einem durch Wärme aktivierbaren Bindemittel 70h, das, wenn es geeignet erhitzt wird, weich wird und sowohl an der Optikbauteilseitenwand 56 als auch an der Gehäusewand-Innenseite 36i anhaftet. Das erweichte Bindemittel 70h wird dann abkühlen gelassen, wodurch es das Gehäuse 30 und das starre optische Bauteil 50 miteinander verbindet, wie in 2C gezeigt ist.
Beispielhafte, nicht einschränkende Materialien, aus denen die Verbindungshülse 70 alternativ bestehen kann, sind z. B. Glas, darunter eine feste Formation von Glasmasse.
Unabhängig von der speziellen Art und Weise, in der das Bindemittel 70 in zumindest einen zwischen dem starren optischen Bauteil 50 und dem Gehäuse 30 ausgebildeten Hohlraum 42 eingebracht wird, ist bei verschiedenen Ausführungsbeispielen zumindest entweder (i) das Gehäuse 30, oder (ii) das starre optische Bauteil 50 wellenförmig ausgebildet, um die Verbindung zwischen dem Gehäuse 30 und dem optischen Bauteil 50 zu verbessern. Beispielsweise weisen die Innenseiten 36i der Gehäuse 30, die in den 1 bis 2C gezeigt sind, innere Wellungen (z. B. ”Rillen” oder ”Rippen”) 38 auf, während die Seitenwände 56 der beispielhaften optischen Bauteile 50 äußere Wellungen 58 an ihren Rändern aufweisen. Anhand der Zeichnungen wird offensichtlich sein, dass, wenn sich das Bindemittel 70 oder 70h in einem ”fließfähigen Zustand” in einem Hohlraum 42 befindet, der zwischen dem starren optischen Bauteil 50 und dem Gehäuse 30 ausgebildet ist, das Bindemittel 70 oder 70h in die Wellungen 38 und 58 fließen wird. Durch die Anordnung des Bindemittels 70 oder 70h in den Wellungen 38 und 58 wird, wenn dieses ausgehärtet ist, die Kraft, die erforderlich ist, um das starre optische Bauteil 50 aus dem Loch 40 des Gehäuses auszustoßen, deutlich höher im Vergleich zu einer Ausführungsform sein, bei der sämtliche anderen Aspekte gleich sind, jedoch die Wellungen 38 und 58 nicht vorhanden sind.
Nehmen wir erneut auf 1 Bezug, so umfasst die beispielhafte Lichttransmissionsanordnung 10 mit hermetischer optischer Verbindung 20 wie bereits gesagt ferner einen zweiten flexiblen Lichtleiter 200. Der zweite Lichtleiter 200 ist in dem zweiten Bereich R_2HP mit relativ hohem Flüssigkeitsdruck angeordnet und weist entgegengesetzte Lichtleiterenden, ein erstes und ein zweites 210 bzw. 220 auf, die eine erste bzw. eine zweite Lichtleiterfläche 212 und 222 aufweisen, über welche Licht in den zweiten flexiblen Lichtleiter 200 eintreten oder alternativ aus diesem austreten kann. Ein Kern 230 des zweiten Leiters weist einen zweiten Kernbrechungsindex n_KERN2 auf und erstreckt sich zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiterende 210 und 220. Der Kern 230 des zweiten Leiters ist von einem Mantel 240 des zweiten Leiters ummantelt, der einen zweiten Mantelbrechungsindex n_MANTEL2 aufweist, welcher kleiner als der Brechungsindex des zweiten Kerns n_KERN2 ist, so dass Licht, das entweder in die erste oder die zweite Lichtleiterfläche 212 oder 222 eintritt, intern durch den Lichtleiter 200 hindurch reflektiert wird, um über die entgegengesetzte Lichtleiterfläche, die erste oder die zweite, 212 oder 222, abgestrahlt zu werden. Der Mantel 240 des zweiten Leiters weist eine Außenseite 242 auf, die im Falle der beispielhaften Ausführungsform aus 1 eine Außenseite 225 des Lichtleiters darstellt, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiterende 210 und 220 des zweiten Lichtleiters 200 erstreckt. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Mantel 240 des zweiten Leiters seinerseits durch eine (nicht gezeigte) flexible Schutzumhüllung ummantelt, so dass die Lichtleiter-Außenseite 225 und die Außenseite 242 des Mantels 240 des zweiten Leiters nicht übereinstimmen.
In analoger Weise wie der erste flexible Lichtleiter 100 optisch mit dem starren optischen Bauteil 50 gekoppelt ist, erstreckt sich der zweite flexible Lichtleiter 200 durch das zweite Gehäuseende 34 hindurch, so dass (i) sich das erste Lichtleiterende 210 in dem Loch 40 des Gehäuses befindet, (ii) die erste Lichtleiterfläche 212 optisch mit der zweiten Optikbauteilfläche 54f ausgerichtet ist und (iii) sich das zweite Lichtleiterende 220 außerhalb des Gehäuses 30 befindet. Die zweite Optikbauteilfläche 54f und das erste Lichtleiterende 210, die optisch zueinander ausgerichtet sind, werden in fester Lage in Bezug aufeinander und zu dem Gehäuse 30 in dem Loch 40 des Gehäuses gehalten. Zum Zwecke der Veranschaulichung einer Alternative befindet sich, im Gegensatz zu dem veranschaulichenden Beispiel, bei dem die erste Optikbauteilfläche 52f und das erste Lichtleiterende 110 des ersten Lichtleiters 100 optisch zueinander ausgerichtet sind, die zweite Optikbauteilfläche 54f jedoch nicht in mechanischem Kontakt mit der ersten Lichtleiterfläche 212 des zweiten flexiblen Lichtleiters 200. Bei Ausführungsformen, in denen ein Zwischenraum zwischen dem starren optischen Bauteil 50 und entweder dem ersten oder dem zweiten flexiblen Lichtleiter 100 oder 200 angenommen wird, kann ein optisches Bindemittel 70 wie beispielsweise ein optisches Epoxidharz genutzt werden, um eine Unterbrechung der Lichttransmission zu minimieren, wenn das Bindemittel 70 zwischen dem starren optischen Bauteil 50 und entweder dem ersten oder dem zweiten flexiblen Lichtleiter 100 oder 200 aushärtet.
Mit dem Vorstehenden sollen die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht werden. Da für Fachleute auf dem Gebiet Modifikationen und Änderungen hinsichtlich verschiedener Aspekte und Ausführungsformen naheliegend sein werden, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindung und von dem erfinderischen Gedanken abgewichen wird, versteht es sich darüber hinaus, dass die Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen ausgedrückt ist, mit dem Vorstehenden nicht auf den genauen Aufbau, die Ausführungsformen und Versionen, die gezeigt und beschrieben wurden, eingeschränkt wird.

Claims

Hermetische optische Verbindung, umfassend: ein Gehäuse (30) mit entgegengesetzten Enden, einem ersten und einem zweiten (32, 34), und mit einer Gehäuseseitenwand (36), die sich zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseende erstreckt und die eine Außenseite (36e) und eine Innenseite (36i) aufweist, welche ein Gehäuseloch (40) definiert, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende (32, 34) und durch dieses hindurch erstreckt; ein lichtdurchlässiges, starres optisches Bauteil (50) mit entgegengesetzten Optikbauteilflächen, einer ersten und einer zweiten (52f, 54f), und mit einer Optikbauteilseitenwand (56), die sich zwischen den Optikbauteilflächen erstreckt, wobei (i) zumindest ein Teil der Optikbauteilseitenwand (56) in dem Gehäuseloch (40) liegt und (ii) das Gehäuse sowie das starre optische Bauteil derart konfiguriert sind, dass zwischen der Optikbauteilseitenwand (56) und der Innenseite (36i) des Gehäuses ein Hohlraum (42) ausgebildet ist; und ein Bindemittel (70), das (a) in dem umfänglichen Hohlraum (42) angeordnet ist, um das starre optische Bauteil mit der Innenseite (36i) der Gehäuseseitenwand (36) zu verbinden und (b) das die Optikbauteilseitenwand (56) hinreichend umgibt, um ein Durchfließen von Flüssigkeit durch das Gehäuse (30) zu verhindern.
Hermetische optische Verbindung nach Anspruch 1, wobei das starre optische Bauteil (50) einen Kern (60) umfasst, der einen ersten Brechungsindex (n₁) aufweist, sowie einen Mantel (62), der um den Kern herum angeordnet ist und einen zweiten Brechungsindex (n₂) aufweist, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, so dass Licht, das durch eine der Flächen, die erste oder zweite, eintritt, sich durch innere Reflexion zwischen der ersten und der zweiten Fläche (52f, 54f) ausbreiten kann und durch die entgegengesetzte Fläche zu der Fläche, durch welche das Licht eingetreten ist, austreten kann.
Hermetische optische Verbindung nach Anspruch 2, wobei zumindest entweder (i) die Innenseite (36i) des Gehäuses oder (ii) die Optikbauteilseitenwand (56) zumindest eine Wellung aufweist, in der das Bindemittel (70) angeordnet ist.
Hermetische optische Verbindung nach Anspruch 1, wobei zumindest entweder (i) die Innenseite (36i) des Gehäuses oder (ii) die Optikbauteilseitenwand (56) zumindest eine Wellung aufweist, in der das Bindemittel (70) angeordnet ist.
Hermetische optische Verbindung nach Anspruch 4, wobei das starre optische Bauteil (50) in solcher Weise in dem Gehäuseloch (40) angeordnet ist, dass zumindest entweder (i) die erste Optikbauteilfläche (52f) in dem Gehäuseloch liegt und in Bezug auf das erste Gehäuseende (32) vertieft ist oder (ii) die zweite Optikbauteilfläche (54f) in dem Gehäuseloch liegt und in Bezug auf das zweite Gehäuseende (34) vertieft ist.
Hermetische optische Verbindung nach Anspruch 5, wobei das Bindemittel (70) zumindest eines der folgenden Materialien umfasst: (i) Glasmasse, (ii) Epoxidharz, (iii) geschmolzenes Glas oder (iv) Polymermaterial.
Hermetische optische Verbindung nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel (70) zumindest eines der folgenden Materialien umfasst: (i) Glasmasse, (ii) Epoxidharz, (iii) geschmolzenes Glas oder (iv) Polymermaterial.
Lichttransmissionsanordnung zur Lichttransmission durch eine Trennwand (300), die Bereiche mit relativ niedrigem Flüssigkeitsdruck und relativ hohem Flüssigkeitsdruck trennt, wobei die optische Anordnung umfasst: ein Gehäuse (30), das zur abdichtbaren Anordnung in einem Loch (310) der Trennwand konfiguriert ist, das sich zwischen den Bereichen mit relativ niedrigem (R_1LP) und relativ hohem (R_2HP) Flüssigkeitsdruck erstreckt, wobei das Gehäuse entgegengesetzte Gehäuseenden, ein erstes und ein zweites (32, 34), sowie eine sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseende erstreckende Gehäuseseitenwand (36) mit einer Außenseite (36e) sowie einer Innenseite (36i) aufweist, die ein Gehäuseloch (40) bestimmt, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Gehäuses und durch dieses hindurch erstreckt; ein lichtdurchlässiges, starres optisches Bauteil (50) mit entgegengesetzten Optikbauteilflächen, einer ersten und einer zweiten (52f, 54f), und mit einer Optikbauteilseitenwand (56), die sich in Längsrichtung zwischen den Optikbauteilflächen erstreckt, wobei (i) zumindest ein Teil der Länge des optischen Bauteils (50) in dem Gehäuseloch (40) liegt, (ii) das Gehäuseloch und das starre optische Bauteil derart konfiguriert sind und relativ zueinander angeordnet sind, dass ein umfänglicher Hohlraum (42) zumindest einen Teil der Länge der Optikbauteilseitenwand umgibt und (iii) die Optikbauteilseitenwand und die Innenseite des Gehäuses durch ein Bindemittel (70) miteinander verbunden sind, das (a) in dem umfänglichen Hohlraum (42) angeordnet ist und (b) die Optikbauteilseitenwand (56) hinreichend umschließt, um ein Durchfließen der Flüssigkeit durch das Gehäuse (30) zu verhindern; und einen ersten flexiblen Lichtleiter (100), der entgegengesetzte Lichtleiterflächen aufweist, eine erste und eine zweite (112, 122), durch welche Licht in den ersten flexiblen Lichtleiter eintreten kann und aus diesem austreten kann, sowie eine Lichtleiteraußenseite (125), die sich zwischen der ersten und der zweiten Lichtleiterfläche erstreckt, wobei die erste Lichtleiterfläche (112) des ersten flexiblen Lichtleiters (100) in optischer Ausrichtung zu der ersten Optikbauteilfläche (52f) gehalten wird.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 8, wobei zumindest entweder (i) das starre optische Bauteil (50) einen Kern (60) mit einem ersten Brechungsindex und einen Mantel aufweist, der um den Kern herum angeordnet ist und einen zweiten Brechungsindex aufweist, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, so dass Licht, das durch entweder die erste oder die zweite Fläche eintritt, sich zwischen der ersten und der zweiten Fläche durch innere Reflexion ausbreiten kann; oder (ii) der erste flexible Lichtleiter (100) einen ersten Leiterkern (130) mit einem ersten Kernbrechungsindex (n_KERN1) sowie einen ersten Leitermantel (140) aufweist, der den Kern des ersten Leiters umschließt und der einen ersten Mantelbrechungsindex (n_MANTEL1) aufweist, der kleiner als der erste Kernbrechungsindex ist, so dass Licht, das durch entweder die erste oder die zweite Lichtleiterfläche eintritt, intern durch den ersten flexiblen Lichtleiter hindurch reflektiert wird.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 9, wobei zumindest entweder (i) die Innenseite (36i) des Gehäuses (30) oder (ii) die Optikbauteilseitenwand (56) zumindest eine Wellung aufweist, in der das Bindemittel (70) angeordnet ist.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 8, wobei zumindest entweder (i) die Innenseite (36i) des Gehäuses (30) oder (ii) die Optikbauteilseitenwand (56) zumindest eine Wellung aufweist, in der das Bindemittel (70) angeordnet ist.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 8, die ferner einen zweiten flexiblen Lichtleiter (200) umfasst, der entgegengesetzte Lichtleiterflächen aufweist, eine erste und eine zweite (212, 222), durch welche Licht in den zweiten flexiblen Leiter eintreten und aus diesem austreten kann, sowie eine Lichtleiter-Außenseite (225), die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiterende erstreckt, wobei die erste Lichtleiterfläche (212) des zweiten flexiblen Lichtleiters in optischer Ausrichtung mit der zweiten Optikbauteilfläche (54f) gehalten wird.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 12, wobei zumindest entweder (i) das starre optische Bauteil (50) einen Kern (60) mit einem ersten Brechungsindex (n₁) und einen Mantel aufweist, der um den Kern herum angeordnet ist und einen zweiten Brechungsindex (n₂) aufweist, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, so dass Licht, das durch entweder die erste oder die zweite Fläche eintritt, sich zwischen der ersten und der zweiten Fläche durch innere Reflexion ausbreiten kann; oder (ii) der erste flexible Lichtleiter (100) einen ersten Leiterkern (130) mit einem ersten Kernbrechungsindex (n_KERN1) sowie einen ersten Leitermantel (140) aufweist, der den Kern des ersten Leiters umschließt und der einen ersten Mantelbrechungsindex (n_MANTEL1) aufweist, der kleiner als der erste Kernbrechungsindex ist, so dass Licht, das durch entweder die erste oder die zweite Lichtleiterfläche eintritt, intern durch den ersten flexiblen Lichtleiter hindurch reflektiert wird; oder (iii) der zweite flexible Lichtleiter (200) einen zweiten Leiterkern (230) mit einem zweiten Kernbrechungsindex (n_KERN2) sowie einen zweiten Leitermantel (240) aufweist, der den Kern des zweiten Leiters umschließt und der einen zweiten Mantelbrechungsindex (n_MANTEL2) aufweist, der kleiner als der zweite Kernbrechungsindex ist, so dass Licht, das durch entweder die erste oder die zweite Lichtleiterfläche eintritt, intern durch den zweiten flexiblen Lichtleiter hindurch reflektiert wird.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 13, wobei zumindest entweder (i) die erste Optikbauteilfläche (52f) in Bezug auf das erste Gehäuseende (32) vertieft ist und sich der erste flexible Lichtleiter (100) durch das erste Gehäuseende hindurch erstreckt, so dass sich das erste und das zweite Lichtleiterende des ersten flexiblen Lichtleiters in dem Gehäuseloch bzw. außerhalb des Gehäuses befinden; oder (ii) die zweite Optikbauteilfläche (54f) in Bezug auf das zweite Gehäuseende (34) vertieft ist und sich der zweite flexible Lichtleiter (200) durch das zweite Gehäuseende hindurch erstreckt, so dass sich das erste und das zweite Lichtleiterende des zweiten flexiblen Lichtleiters in dem Gehäuseloch bzw. außerhalb des Gehäuses befinden.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 12, wobei zumindest entweder (i) die erste Optikbauteilfläche (52f) in Bezug auf das erste Gehäuseende (32) vertieft ist und sich der erste flexible Lichtleiter (100) durch das erste Gehäuseende hindurch erstreckt, so dass sich das erste und das zweite Lichtleiterende des ersten flexiblen Lichtleiters in dem Gehäuseloch bzw. außerhalb des Gehäuses befinden; oder (ii) die zweite Optikbauteilfläche (54f) in Bezug auf das zweite Gehäuseende (34) vertieft ist und sich der zweite flexible Lichtleiter (200) durch das zweite Gehäuseende hindurch erstreckt, so dass sich das erste und das zweite Lichtleiterende des zweiten flexiblen Lichtleiters in dem Gehäuseloch bzw. außerhalb des Gehäuses befinden.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 8, wobei die erste Optikbauteilfläche (52f) in Bezug auf das erste Gehäuseende (32) vertieft ist und sich der erste flexible Lichtleiter (100) durch das erste Gehäuseende hindurch erstreckt, so dass sich das erste und das zweite Lichtleiterende des ersten flexiblen Lichtleiters in dem Gehäuseloch bzw. außerhalb des Gehäuses befinden.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 16, wobei die erste Optikbauteilfläche (52f) und die erste Lichtleiterfläche (112), die optisch zueinander ausgerichtet sind, in dem Gehäuseloch (40) in mechanischem Kontakt zueinander gehalten werden.
Lichttransmissionsanordnung nach Anspruch 16, wobei zumindest entweder (i) die Innenseite (36i) des Gehäuses oder (ii) die Optikbauteilseitenwand (56) zumindest eine Wellung aufweist, in der das Bindemittel (70) angeordnet ist.